李新東

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤南作業(yè)公司 天津300459)

氣缸套磨損是生產(chǎn)配套廠家和廣大用戶比較關(guān)心的一個(gè)重大問題，是在發(fā)動機(jī)運(yùn)行不長的時(shí)間內(nèi)，出現(xiàn)壓縮不良、啟動困難、發(fā)動機(jī)功率不足、排氣管冒黑煙、曲軸箱通氣管冒煙、機(jī)油消耗量增加，活塞與氣缸套之間有倒氣、敲擊聲、竄機(jī)油等現(xiàn)象[1]。因?yàn)椴裼蜋C(jī)隨著功率的提高其機(jī)械負(fù)荷與熱負(fù)荷大幅增加，磨損加劇，所以找到磨損的原因并采取有效的措施，可以大幅提高氣缸套的可靠性和使用壽命。郭黎明[1]對 6110型柴油機(jī)氣缸套磨損分析進(jìn)行了歸納，滿一新[2]對改善低速柴油機(jī)氣缸套工作性能的技術(shù)措施進(jìn)行了總結(jié)。他們都?xì)w納了部分導(dǎo)致氣缸套磨損的原因。筆者結(jié)合海上特殊環(huán)境特點(diǎn)，對海上平臺柴油機(jī)氣缸套加速磨損的原因進(jìn)行了全面的解析，并針對原因提出相應(yīng)的解決措施，減小摩擦速率，延長柴油機(jī)氣缸套的使用壽命。

1 柴油機(jī)的工作原理

柴油機(jī)的工作循環(huán)是由吸氣、壓縮、做功和排氣4個(gè)過程所組成的，這 4個(gè)過程都是在由氣缸套、氣缸蓋、進(jìn)排氣門、氣缸墊、活塞及活塞環(huán)構(gòu)成的燃燒室中完成的。由于柴油機(jī)活塞的往復(fù)運(yùn)動，使燃料在氣缸里燃燒，同時(shí)產(chǎn)生高溫、高壓的環(huán)境。惡劣的環(huán)境導(dǎo)致氣缸套及活塞環(huán)的磨損，緩慢的磨損屬于正?，F(xiàn)象，但是不正常的使用就會加劇它的磨損產(chǎn)生，使得柴油機(jī)過早老化，效率急劇下降，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致報(bào)廢。

2 加劇磨損的原因分析及應(yīng)對措施

2.1 潤滑條件改變

氣缸套理想的潤滑油膜，是在注油點(diǎn)之間形成并且彼此連接成片，從而使?jié)櫥途鶆虻馗采w在整個(gè)氣缸套工作表面上，氣缸套上油膜均布不僅起潤滑作用，而且也能有效地中和缸壁上可能凝結(jié)的硫酸，很好地防止缸套的粘著磨損和腐蝕磨損[2]。由于潤滑條件改變，使油膜不能很好均布到氣缸套上，導(dǎo)致潤滑條件不良。潤滑條件改變的原因有：刮油環(huán)損壞或磨損；潤滑油泵磨損，導(dǎo)致系統(tǒng)壓力不足；安全閥起跳或調(diào)壓不合適；系統(tǒng)中存在磨損，配合間隙變大；連接管線存在泄漏；油道存在堵塞；潤滑油過濾器臟堵，未及時(shí)更換；潤滑油液位不足；潤滑油冷卻效果差，溫度變高后粘度下降；潤滑油未定期更換，導(dǎo)致油品變質(zhì)。

日常運(yùn)行中針對性措施：及時(shí)發(fā)現(xiàn)潤滑油壓力的變化趨勢；按照柴油機(jī)廠家保養(yǎng)計(jì)劃，定期更換潤滑油濾器；對潤滑油定期進(jìn)行取樣化驗(yàn)，保證潤滑油的品質(zhì)。

2.2 活塞環(huán)裝配不正確或有缺陷

由于活塞環(huán)裝配不正確，導(dǎo)致活塞環(huán)變形或有缺陷產(chǎn)生折斷，或者刮油環(huán)在缸套上布油不均，使氣缸內(nèi)局部磨損變大，嚴(yán)重的會造成拉缸?；钊h(huán)折斷的原因很多，除材料缺陷、加工質(zhì)量不佳以外，主要是使用中維護(hù)管理不當(dāng)、裝配質(zhì)量差所致，例如：活塞環(huán)搭口間隙過小；環(huán)槽積炭；氣缸套磨臺；環(huán)槽過度磨損；活塞環(huán)徑向脹縮疲勞；活塞環(huán)過度磨損，使其強(qiáng)度不能滿足要求；氣缸套嚴(yán)重磨損；潤滑油和燃油的品質(zhì)問題等。

日常運(yùn)行中針對性措施有：按照廠家維保手冊要求，進(jìn)行有計(jì)劃更換和正確安裝，防止過于粗暴、野蠻的裝配方法；同時(shí)采購原廠備件，并提供各備件的原廠證明，對于國外備件，還需要索要通關(guān)證明等相關(guān)文件；對潤滑油定期化驗(yàn)，保證潤滑環(huán)境良好；使用合格廠家的燃油，減少積碳和各種有害物質(zhì)腐蝕的產(chǎn)生。

2.3 磨合不到位，長時(shí)間低負(fù)荷、粗暴或者超負(fù)荷運(yùn)行

新的或經(jīng)大修后的機(jī)器，未進(jìn)行充分的磨合就投入使用，或者長時(shí)間空載、低負(fù)荷、粗暴運(yùn)行、超負(fù)荷運(yùn)行等，也會導(dǎo)致氣缸套與活塞環(huán)之間產(chǎn)生嚴(yán)重的、不可逆的磨損。

日常運(yùn)行中針對性措施有：通常新的或經(jīng)大修后的柴油機(jī)，在正式使用前，必須經(jīng)過60h磨合運(yùn)轉(zhuǎn)，才可投入全負(fù)荷使用。這樣既能改善柴油機(jī)各運(yùn)行部件的工作狀況，又能提高柴油機(jī)的運(yùn)行可靠性和使用壽命。磨合期內(nèi)負(fù)荷以額定功率的 50%～80%為宜，轉(zhuǎn)速不大于標(biāo)定轉(zhuǎn)速的80%，磨合的開始階段，空運(yùn)轉(zhuǎn)或過小負(fù)載情況下的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不宜太長，同時(shí)避免柴油機(jī)粗暴運(yùn)行和超負(fù)荷運(yùn)行；對長時(shí)間停運(yùn)的柴油機(jī)定期進(jìn)行盤車，并在每次啟機(jī)之前要做好盤車工作，保證機(jī)組順利啟動。

2.4 滑油冷卻出現(xiàn)問題，滑油粘度低

潤滑油溫度高，分子間距離遠(yuǎn)，引力較小，固體烴充分溶解，粘度值降低，流動性增加，發(fā)動機(jī)各運(yùn)動件配合間隙的泄油量加大，使油膜變薄，成膜性變差，變滑動摩擦、滾動摩擦為粘著摩擦。尤其是工作溫度高、條件苛刻的氣缸套、活塞環(huán)，靠激濺不能形成良好的潤滑油膜，使磨損量增加[3]。所以，潤滑油冷卻后的溫度高低對柴油機(jī)潤滑至關(guān)重要。

日常運(yùn)行中針對性措施有：在日常運(yùn)行中，勿以小失大，需及時(shí)對滑油冷卻器進(jìn)行檢查保養(yǎng)。將潤滑油溫度控制在 70～95℃范圍內(nèi)，保證在摩擦部件表面形成良好的油膜，使柴油機(jī)發(fā)揮最大的效率。

2.5 冷卻水系統(tǒng)出現(xiàn)問題，冷卻水溫度高

柴油機(jī)水溫應(yīng)該控制在 85～95℃之間，水溫過高，會導(dǎo)致潤滑油粘度變稀，潤滑油膜厚度下降，也會導(dǎo)致氣缸套熱量無法散出，氣缸套持續(xù)高溫，缸套表面金屬溫度高加速磨損，嚴(yán)重時(shí)易拉傷氣缸。

日常運(yùn)行中針對性措施有：及時(shí)對柴油機(jī)冷卻器進(jìn)行吹掃和清堵，防止冷卻水溫度過高。

2.6 積碳過多，活塞環(huán)粘接到活塞

由于氣缸內(nèi)積碳過多，導(dǎo)致活塞環(huán)粘接到活塞環(huán)槽內(nèi)，活塞環(huán)失去了補(bǔ)償能力，使高溫氣體泄漏，破壞氣缸套上的油膜，同時(shí)氣缸套表面溫度升高，加速磨損。

日常運(yùn)行中針對性措施有：使用合格的燃油，減少積碳的產(chǎn)生；按照廠家維保手冊推薦的保養(yǎng)周期，定期進(jìn)行解體大修，對積碳進(jìn)行機(jī)械清理，并定期更換燃油噴油器。

2.7 缸套珩磨不合格，氣缸套布油厚度不夠或不均

對氣缸套進(jìn)行珩磨，目的是在缸壁上磨出均勻一致的凸凹痕跡的淺網(wǎng)紋狀溝槽，柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)，溝槽內(nèi)儲留少量潤滑油，利于氣缸套與活塞環(huán)之間形成一層油膜，使活塞環(huán)和氣缸套擁有良好的潤滑環(huán)境，不產(chǎn)生干磨，增加氣缸套的使用壽命。

日常運(yùn)行中針對性措施：珩磨過程中，一定要控制好珩磨頭的轉(zhuǎn)動速度和往復(fù)速度，網(wǎng)紋夾角一般為50～60°。在珩磨后，缸套表面粗糙度Ra值應(yīng)不大于3.2μm為宜。

2.8 熱腐蝕和化學(xué)腐蝕

氣缸套所處環(huán)境為高溫、高壓環(huán)境，冷熱交替頻繁，氣缸套表面易產(chǎn)生熱腐蝕，如果潤滑油和燃油的品質(zhì)不好，所含成分不合格，也會加速磨損的發(fā)生。當(dāng)氣缸套溫度低于140℃時(shí)，相當(dāng)于柴油機(jī)出水溫度低于 80～85℃區(qū)間，會產(chǎn)生不完全燃燒。不合格的燃料也會造成不完全燃燒，導(dǎo)致燃燒殘?jiān)?，形成后燃，會使排氣溫度逐漸升高，燃燒中會產(chǎn)生二氧化硫、三氧化硫和二氧化碳等物質(zhì)，這些物質(zhì)一旦遇到水蒸氣，就會產(chǎn)生酸性物質(zhì)腐蝕氣缸套，在氣缸套上形成粗糙的表面，再經(jīng)活塞環(huán)的往復(fù)摩擦，氣缸套表面會加速磨損。

日常運(yùn)行中針對性措施有：使用合格的燃油，必要時(shí)，對燃油取樣化驗(yàn)；保證機(jī)體在天氣寒冷時(shí)的啟機(jī)溫度；啟動后，對柴油機(jī)進(jìn)行充分的預(yù)熱，避免未完成預(yù)熱就進(jìn)入到工作狀態(tài)。

2.9 進(jìn)氣濾器臟堵或損壞，堅(jiān)硬顆粒進(jìn)入燃燒室

柴油機(jī)進(jìn)氣濾器的過濾效果不佳或進(jìn)氣濾器后的管道密封不嚴(yán)，導(dǎo)致雜質(zhì)顆粒隨著進(jìn)氣被吸入燃燒室內(nèi)，附著在氣缸套的缸壁上，由于雜質(zhì)的棱角不規(guī)則且鋒利，形成了磨料磨損，造成了氣缸套內(nèi)壁的加速磨損。需定期對進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行檢查，并及時(shí)更換空氣濾器。控制好進(jìn)入氣缸的“磨料”，能夠延長柴油機(jī)使用壽命。

日常運(yùn)行中針對性措施有：使用柴油機(jī)廠家生產(chǎn)或指定的空氣過濾器；按照廠家維保手冊定期更換空氣濾器，根據(jù)實(shí)際情況，必要時(shí)縮短更換周期。

2.10 海上特殊環(huán)境或氣缸墊損壞等原因，水分進(jìn)入潤滑油

由于海洋環(huán)境的影響，空氣中濕度和鹽度大，水蒸氣極容易從曲軸箱呼吸口和進(jìn)排氣系統(tǒng)中氣閥開啟的氣缸中進(jìn)入潤滑油。氣缸墊損壞、氣缸蓋開裂，也可使水分進(jìn)入潤滑油中，導(dǎo)致潤滑油粘度逐漸變小，啟動柴油機(jī)后，因潤滑油形成的油膜厚度不夠而產(chǎn)生磨損。

日常運(yùn)行中針對性措施有：柴油機(jī)定期進(jìn)行試運(yùn)行，利用柴油機(jī)產(chǎn)生的溫度將潤滑油預(yù)熱，蒸發(fā)內(nèi)部水分；設(shè)計(jì)建造初期，盡量使柴油機(jī)位于房間內(nèi)或者干燥位置，如柴油機(jī)所處位置濕度較大，長期停運(yùn)，需對進(jìn)氣濾器及曲軸箱呼吸口等易進(jìn)入潮氣部位進(jìn)行有效防護(hù)；定期測定潤滑油內(nèi)含水量，定期對冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行壓力試驗(yàn)，查找漏點(diǎn)。

2.11 柴油機(jī)缸套水加熱器損壞，啟動處于低溫狀態(tài)

缸套水加熱器能夠?yàn)槔鋮s水提供溫度，冷卻水溫度的高低又會影響機(jī)體內(nèi)潤滑油系統(tǒng)的整體溫度。所以低溫條件下啟動，潤滑油粘度較高，流動性差，潤滑油布油不均，使各運(yùn)動零部件阻力增大，對各部件的磨損也最為嚴(yán)重．極易導(dǎo)致發(fā)動機(jī)啟動困難、功率降低、燃料消耗量增加、動力性能下降。柴油機(jī)低溫運(yùn)行時(shí)，水溫保持在50℃比在70℃時(shí)的磨損損量增加1.6倍，在25℃工作時(shí)磨損量增加5倍[4]。

日常運(yùn)行中針對性采取的措施有：柴油機(jī)缸套水加熱器一般用于維持最小的啟動溫度 45℃，如水溫低于43℃以下，柴油機(jī)則很難啟動。

2.12 燃油進(jìn)入潤滑油，粘度下降

燃油進(jìn)入潤滑油中，會導(dǎo)致潤滑油粘度降低，閃點(diǎn)下降，潤滑油形成的油膜變薄，摩擦部位磨損加快。燃油進(jìn)入潤滑油的主要原因是：噴油器上密封燃油與潤滑油之間密封圈損壞，或噴油器耦件損壞，產(chǎn)生滴油現(xiàn)象。

日常運(yùn)行中針對性措施有：保證燃油油箱液位始終低于機(jī)體上噴油器的位置；按照廠家維保手冊上要求，定期對噴油器進(jìn)行更換或者調(diào)校，保證噴油器的噴油壓力和內(nèi)部耦件的正常工作。

3 結(jié) 論

柴油機(jī)氣缸套的磨損原因很多，這里只針對一些主要原因進(jìn)行了分析，并針對這些主要原因采取相應(yīng)的措施。根據(jù)這些措施，有針對性地避免柴油機(jī)日常管理和使用中的不足，并結(jié)合維修經(jīng)驗(yàn)，定期更新設(shè)備的操作程序，制定合理的管理策略，不能一直沿用老方法、老程序。

針對不同機(jī)型和不同環(huán)境，需靈活制定不同管理策略和維保計(jì)劃，才利于減少故障率，節(jié)約維修成本，提高設(shè)備的可靠性，延長設(shè)備的使用壽命。